基于EPON接入的园区网视频监控设计

毛乾任，王朝斌

(西华师范大学 a.计算机学院;b.网络中心，四川 南充 637000)

引言

在视频监控系统建设中，接入网络是整个监控系统实际部署的关键，建设成本和维护成本都占很大的比重。传统视频监控系统的前端接入部分节点较多，设备多为有源设备，故障率较高。在视频监控系统中引入基于EPON的接入网技术，满足视频监控业务海量监控点接入、IP网络化、高清视频的建设要求。目前对于EPON接入网的应用研究主要涉及大城域网宽带接入业务上，实现如 HIS、IPTV、VOIP等多种业务融合。

在园区网数字化建设中的传送网层面，EPON可承载整个园区监控业务，实现智慧园区视频监控IP化和全光接入。通过对三种典型场景的园区监控网络进行可行性设计，本文实现了EPON技术在园区网视频监控系统中的工程应用，提出了具体的视频监控系统接入及管理方案。

1 园区视频监控需求分析

1.1 EPON接入优势

EPON无源光网络是指从CO(端局)到用户侧的传输设备都不需要电源，这极大地减少了网络建设和维护的成本。另外，对于EPON网络物理层，要求较宽松，仅需要一条骨干光纤，若干分光器即可，减少了布线，也节约了大量的光纤。这些无源设备无须额外供电，节省了网络建设和维护的资源。同时通过对EPON系统中的OLT和ONU进行VLAN、QoS配置，可实现视频监控的业务控制和安全保证。相比其他PON技术，GPON接入主要应用于多业务和跨城域的传输要求，技术复杂、成本高。对于园区网视频监控运用EPON接入，不仅能满足园区视频业务的高速率要求，最关键的是在产品成熟度和价格方面相比GPON而言更具有优势。

1.2 视频监控系统EPON接入需求分析

EPON系统由局端设备 OLT(光线路终端)、ONU(用户端设备光网络单元)、ODN(光分配网络)组成［1］。ONU设备形态按照业务接口类型和数量的不同，可分为MDU/MTU(多住户单元/多租户单元)、SFU/SBU(单个家庭用户单元/单个商业用户单元)等类型。考虑园区网视频监控在 FTTx网络下的组网模式和业务需求，ONU设备选择MDU。MDU下连监控终端设备如IP摄像头、一体化智能球机等。

EPON接入下，局端到用户端网络即ODN是整个系统建设的重心，在可行性设计和工程实施中要考虑到不同应用场景中楼宇的分布情况和网络平滑扩展能力以及建设成本和业务运维标准化和集成化。ODN关键部件的规划及视频监控业务运维主要针对三种典型应用场景:独立楼栋区、多层建筑区、主干道路及园区边界。

EPON网络的覆盖能力，在1∶32的分光比下最远覆盖可达10 km;在1∶16分光比下，理论上将覆盖范围是20 km，这充分保证了园区的覆盖范围［1］。ODN中OLT布放位置有汇聚CO端、远端CO端、室外机柜［2］。三种OLT布放方式需考虑覆盖范围、管理能力、容量、成本问题。分光器的布放考虑终端密度、网络结构和建设成本等方面，MDU下连的监控设备的布放主要考虑具体的应用场景结构。

视频监控业务要求每路标清监控业务带宽为4～10 Mbit/s，每路高清监控业务带宽需求 10 ～ 20 Mbit/s［3］。EPON上、下行带宽1.25 Gbit/s，并由下行速率确定所带用户数。在实际应用中，可利用带宽1.25 Gbit/s*80%=1000 Mbit/s。若下行MDU要求100 Mbit/s，那么下行1000 Mbit/s能接10台MDU。但在实际工程应用中，需考虑收敛比，对终端用户数成倍增加。如收敛比1∶2的情况下，可带20台MDU，所以这时采用分光比为1∶16的分光器。

2 园区监控组网方案

2.1 组网设计

基于FTTx接入的园区监控方案主要有三种:FTTH(光纤到户)、FTTCurb(光纤到路边)、FTTB(光纤到楼)。FTTH布置对室内的监控点，FTTCurb布置对室外公共区域如园区内主干道路监控或园区周界、园区进出口大门等区域的监控点，FTTB布置对园区室内公共区域如所有建筑楼宇及楼层进出口的监控点。

场景1:对于园区内的单独多层楼栋和中低层楼宇集中小区采用FTTB布置监控网络。组网时，采用一级分光器，分光比1:16。分光器集中放置在楼栋机房或竖井内机柜。如果没有楼栋机房则将一级分光器放置在光缆交接箱中。一级分光器从小区机房或户外光缆交接箱的ODF引出配线光缆到楼栋每层或每几层的光纤楼道接入箱里的MDU，根据实际情况，每一层布放一个MDU或考虑每几层布放一个MDU。如一栋楼每层需要布放2个监控点位，总共16层，则可以考虑在第1、4、8、12层的弱电井里安装 MDU。FTTB监控布置如图1所示。

图1 FTTB布置监控网络

场景2:对于成片的单层建筑和别墅区，除视频监控外，还可收敛一个楼栋的扩展业务，对于光纤到楼栋每一个房间的特殊监控点位，在实际工程建设中，按照FTTH组网布置监控点。如果离中心机房近，则将一级分光器布放在CO端局，如果片区离中心机房远，则在户外光缆交接箱内布设一级分光器进行一次1∶32或者1∶16分光，分光器出口跳接到ODF光纤配线架。ODF下连光缆接头盒内完成向每一个室内或每一个单独楼宇的节点配线，每节点用1芯。通过室内外通用的皮线光缆入户引入到室内弱电箱内的MDU。MDU采用智能终端箱/盒及壁挂式安装或者采用和光纤信息面板(插座)及桌面式安装。FTTH监控布置如图2所示。

图2 FTTH布置监控网络

场景3:对于主干道路及园区边界区，属于接入点较为分散且线路改造代价小的区域，二级分光点很难合理经济的安置，故采用集中分光方式及采用FTTCurb监控布置方案，在区域集中区室外机柜布放安置一级分光器，实现分光比1∶32或1∶16。分光器直接下连室外一体化MDU，MDU的安装采用挂墙或者抱杆的方式与监控点摄像头相连。这样的部署，网络适应性强，网络结构简单、费用低。FTTCurb监控布置如图3所示。

图3 FTTCurb布置监控网络

2.2 光分配网络ODN规划

2.2.1 OLT 选型

OLT上行组网采用的是多边缘组网方式，即当OLT设备汇聚用户较少、上联端口最大流量小于1 Gbps时，OLT通过汇聚交换机上联网关设备 BRAS和 SR［4］。OLT的设备选择可考虑华为MA5680T系列等高端多业务路由交换机，通过内插EPON接口板实现OLT光线路终端最后一公里光纤接入的功能。

2.2.2 MDU 选型

MA5621A/MA5621系列的MDU支持最大光模块覆盖距离60 km，可以运用在FTTB/FTTH的MDU设备选择上，该MDU支持6 kV防雷，耐55℃高温，即插即用，支持POE供电和反向POE供电、可批量离线预部署。同时，MA5621A支持4个FE口，MA5621支持4个GE/FE口。理论上，一个下行采用1∶16分光比的PON接口在不考虑收敛比的情况下可接入64台终端摄像头，如果在MDU接入端考虑收敛比，终端摄像头接入的数量可以成倍的增加。FTTCurb的MDU可以选型室外一体化MDU-MA5669，支持POE功能，通过以太网线向终端供电，具备很好的防腐蚀、防雷、防水和防尘能力。安装方式可抱杆、挂墙等。

2.2.3 光缆选择

对于主干光缆，以G.652D/管道光缆标准的单模光纤为主，主干光缆宜尽量采用环形结构，配线光缆可布放G.652D/层绞式/带状光缆为主。主干光缆需预留不少于15%的公用纤(含2芯测试纤)作为基站和专线接入等使用［5］。公用纤芯数取12的倍数，并预留20%左右的备用纤芯。下联配线光缆数量和容量的选择应综合考虑用户终期容量需求。入户线缆中使用小弯曲半径的G.657A/皮线光纤。尽量利用已有的入户暗管敷设入户线缆，对无暗管入户或入户暗管不可利用的公寓式住宅楼，可通过垂直PVC管和水平波纹管敷设入户线缆［6］。

工程结束后，只要保证所有的MDU接受侧的光功率在-8 dBm～-24 dBm之间，那么EPON光路就是合格的。

3 MDU部署及管理方案

3.1 MDU离线部署方案在园区监控中的应用

大型园区网络存在监控点位分群、监控业务分级的情况。为提供差异化监控业务，要求MDU快速布放和统一管理。在园区网视频监控系统中应用华为N2000 BMS网管系统实现MDU批量离线预部署。该系统实现Client/Server结构，支持多客户端操作。服务器运行在Solaris/Windows2000 Sever平台上，并可用PC代替工作站对MDU设备进行管理。MDU上电后即插即用，减少了用户到CO局点进行软调的次数。并且当MDU上线后，OLT会自动下发配置数据，联动开启网管通道，快速完成 MDU 业务配置［7］。

MDU布放过程:硬件人员按照站点进行施工并反馈MAC;软调人员按照管理IP进行预配置，最后根据上报MAC(硬件安装人员上报或系统自动发现)绑定具体MDU;最后系统自动下发预配置数据［7］。绑定成功后，网管系统会自动下发预配置数据。基于MDU的运维方案如图4所示。

图4 基于MDU的运维方案

具体MDU布放步骤包括:

(1)网管维护人员进行数据规划，导入MDU预部署表单和配置脚本表单，内容包括MDU的IP地址、所属OLT、所属的PON口、MDU管理地址、管理VLAN、业务VLAN等。

(2)硬件安装人员现场安装MDU并上电，MDU自动发现后，反馈MAC地址与实际局点信息，在N2000 BMS上将IP地址与自动发现的MDU的MAC地址进行绑定。

(3)MDU根据MAC向OLT注册，注册完成后，管理IP自动下发到MDU，并打开网管通道［8］。

(4)网管系统检测到MDU上线后，开始任务调度，将之前预部署的业务数据自动下发到MDU［8］。

3.2 数据规划

在运用网管系统对MDU预部署前，需提供一个详细的数据规划。如:一栋建筑共8层，需要安装2台MDU，设计在每4层安装一台MDU，按表1模板规划好MDU是挂接在哪一个OLT的哪一个PON口，以及MDU的管理地址，管理VLAN，业务VLAN。

表1 FTTx数据规划表－部分数据

FTTx数据规划表在网管系统下生成EPON MDU预部署配置表单，预部署的MDU上线之后，网管先telnet登录MDU，然后根据制作脚本配置表单里的路径，调用并执行业务数据脚本文件里的命令行。

业务批量数据脚本文件有两种，分别对于OLT和MDU，并且只有添加OLT上的业务流后，MDU的业务数据才能下发到MDU上。

3.3 故障处理

由于MDU支持即插即用，所以出现MDU故障时，到站替换MDU，录入验证码，MDU的版本和配置数据就能自动快速恢复。PON口故障时，将业务迁移到另一个PON口，首先手工跳纤，在BMS网管上一键数据迁移。

4 结束语

采用EPON技术的视频监控系统，解决了视频监控点密集复杂的问题，在园区网视频监控业务系统的组网方式、光纤资源、视频质量、可靠性等方面提供了最佳的网络解决方案。在EPON承载的园区网视频监控系统中灵活部署MDU网管系统，提供整个系统网络的拓扑管理、配置和故障管理、安全及性能管理等功能，提高了维护能力。EPON接入的园区网除收敛HIS、IPTV、VOIP等业务外，在安防建设中，还可以实现其他如视频智能分析、视频诊断、安防联动等业务扩展。

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